特許 7517762 位置決め機構及び試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】位置決め機構及び試験装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240709BHJP

   H01L 21/68 20060101ALI20240709BHJP

   G01R 31/26 20200101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 B

H01L21/68 G

G01R31/26 J

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024008396

(22)【出願日】2024-01-24

【審査請求日】2024-03-18

(31)【優先権主張番号】P 2023065399

(32)【優先日】2023-04-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】505163349

【氏名又は名称】サントテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142136

【弁理士】

【氏名又は名称】深澤 潔

(72)【発明者】

【氏名】藤田 常人

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０９８２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１７４８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１６０７９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／６７－２１／６８７

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｇ０１Ｒ ３１／２６－３１／３１９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向して配される一対の位置決め対象物と、前記一対の位置決め対象物の何れか一方が配される支持部と、を備えて、前記一対の位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め機構であって、
前記一対の位置決め対象物の一方又は前記支持部に配されて第一中心軸線を有する第一凸部と、前記支持部又は前記一対の位置決め対象物の一方に配されて第二中心軸線を有する第一凹部と、を有して前記第一凸部と前記第一凹部とが係合される第一位置決め部と、
前記一対の位置決め対象物の一方又は他方に配されて第三中心軸線を有する第二凸部と、前記一対の位置決め対象物の他方又は一方に配されて第四中心軸線を有する第二凹部と、を有して前記第二凸部と前記第二凹部とが係合される第二位置決め部と、
を備え、
前記第一位置決め部が、前記第一凸部と前記第一凹部とが係合された状態で前記第一中心軸線に対する前記第二中心軸線の位置又は傾斜角度の少なくとも一方を変化させる第一調整部を備え、
前記第二位置決め部が、前記第二凸部と前記第二凹部との係合時に前記第三中心軸線と前記第四中心軸線とを一致させる第二調整部を備える位置決め機構。

【請求項2】

互いに対向して配される一対の位置決め対象物と、前記一対の位置決め対象物の何れか一方が配される支持部と、を備えて、前記一対の位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め機構であって、
前記一対の位置決め対象物の一方又は前記支持部に配されて第一中心軸線を有する第一凸部と、前記支持部又は前記一対の位置決め対象物の一方に配されて第二中心軸線を有する第一係止部と、を有して前記第一凸部が前記第一係止部に当接される第一位置決め部と、
前記一対の位置決め対象物の一方又は他方に配されて第三中心軸線を有する第二凸部と、前記一対の位置決め対象物の他方又は一方に配されて第四中心軸線を有する第二凹部と、を有して前記第二凸部と前記第二凹部とが係合される第二位置決め部と、
を備え、
前記第一位置決め部が、前記第一係止部に前記第一凸部が当接されつつ前記第一中心軸線に対する前記第二中心軸線の位置又は傾斜角度の少なくとも一方を変化させる第一調整部を備え、
前記第二位置決め部が、前記第二凸部と前記第二凹部との係合時に前記第三中心軸線と前記第四中心軸線とを一致させる第二調整部を備える位置決め機構。

【請求項3】

前記第二調整部が前記第二凹部に配され、該第二凹部に対する前記第二凸部の移動を前記第四中心軸線方向に規制する請求項１又は２に記載の位置決め機構。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の位置決め機構を備え、前記一対の位置決め対象物を前記所定の位置に位置決め後に試験を行う試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位置決め機構及び試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスなどを製造した後、良品、不良品の判別を行なうために、半導体試験装置を用いて半導体デバイスなどの電気的特性などを測定検査する。このような半導体試験装置は、半導体デバイスを供給するハンドラと、半導体デバイスが搭載されるテストヘッドと、を備えることが一般的である。テストヘッドには半導体デバイスの特性を検査するためのパフォーマンスボードが取付けられている。パフォーマンスボードは半導体デバイスの種類等に応じて各種準備されており、テストヘッドに対して交換可能に取付けられている。

【0003】

ハンドラを用いて通常の測定を行う場合、テストヘッドはハンドラ直下の近接に相対した状態で位置決めされて行われる。そのため、パフォーマンスボードの交換作業を行う際には、ハンドラが直上にある状態ではパフォーマンスボードの交換作業ができないことから、テストヘッドを下方に移動してテストヘッドとハンドラとの間を離間する。

【0004】

パフォーマンスボードを交換した後、テストヘッドを元の位置まで移動し、さらにテストヘッドを所定位置まで上昇して位置決めした後、ハンドラから半導体デバイスを供給し、新たな検査測定作業を行なう。

【0005】

この際、ハンドラ及びテストヘッドを精度よく位置決めするために使用される位置決め機構として種々のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００３－９８２２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、ハンドラ及びテストヘッドのように相対する位置決め対象物の位置調整を精度よく行える位置決め機構及び試験装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る位置決め機構は、互いに対向して配される一対の位置決め対象物と、前記一対の位置決め対象物の何れか一方が配される支持部と、を備えて、前記一対の位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め機構であって、前記一対の位置決め対象物の一方又は前記支持部に配されて第一中心軸線を有する第一凸部と、前記支持部又は前記一対の位置決め対象物の一方に配されて第二中心軸線を有する第一凹部と、を有して前記第一凸部と前記第一凹部とが係合される第一位置決め部と、前記一対の位置決め対象物の一方又は他方に配されて第三中心軸線を有する第二凸部と、前記一対の位置決め対象物の他方又は一方に配されて第四中心軸線を有する第二凹部と、を有して前記第二凸部と前記第二凹部とが係合される第二位置決め部と、を備え、前記第一位置決め部が、前記第一凸部と前記第一凹部とが係合された状態で前記第一中心軸線に対する前記第二中心軸線の位置又は傾斜角度の少なくとも一方を変化させる第一調整部を備え、前記第二位置決め部が、前記第二凸部と前記第二凹部との係合時に前記第三中心軸線と前記第四中心軸線とを一致させる第二調整部を備える。

【0009】

また、本発明に係る位置決め機構は、互いに対向して配される一対の位置決め対象物と、前記一対の位置決め対象物の何れか一方が配される支持部と、を備えて、前記一対の位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め機構であって、前記一対の位置決め対象物の一方又は前記支持部に配されて第一中心軸線を有する第一凸部と、前記支持部又は前記一対の位置決め対象物の一方に配されて第二中心軸線を有する第一係止部と、を有して前記第一凸部が前記第一係止部に当接される第一位置決め部と、前記一対の位置決め対象物の一方又は他方に配されて第三中心軸線を有する第二凸部と、前記一対の位置決め対象物の他方又は一方に配されて第四中心軸線を有する第二凹部と、を有して前記第二凸部と前記第二凹部とが係合される第二位置決め部と、を備え、前記第一位置決め部が、前記第一係止部に前記第一凸部が当接されつつ前記第一中心軸線に対する前記第二中心軸線の位置又は傾斜角度の少なくとも一方を変化させる第一調整部を備え、前記第二位置決め部が、前記第二凸部と前記第二凹部との係合時に前記第三中心軸線と前記第四中心軸線とを一致させる第二調整部を備える。

【0010】

また、本発明に係る位置決め機構は、前記第二調整部が前記第二凹部に配され、該第二凹部に対する前記第二凸部の移動を前記第四中心軸線方向に規制する。

【0011】

本発明に係る試験装置は、本発明に係る位置決め機構を備え、前記一対の位置決め対象物を前記所定の位置に位置決め後に試験を行う。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、相対する一対の位置決め対象物を精度よく位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る半導体試験装置の概要を示す正面図である。

【図2】図１のII-II矢視図である。

【図3】図１のIII部拡大図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る位置決め機構の第二位置決め部の概要図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る半導体試験装置の概要を示す正面図である。

【図6】図５のVI部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係る半導体試験装置（試験装置）１０は、試験体となる不図示の半導体デバイスを供給するハンドラ（位置決め対象物）１１と、半導体デバイスの各種特性を測定する測定部１２が配されてハンドラ１１と対向して配されるテストヘッド（位置決め対象物）１３と、テストヘッド１３が配された架台（支持部）１５と、架台１５を支持するベースボード１６と、ハンドラ１１及びテストヘッド１３を所定の位置に位置決めする位置決め機構１７と、を備える。

【0015】

テストヘッド１３は、略直方体状に形成されており、テストヘッド１３の上面１３Ａには、各種スロット形状を有するパフォーマンスボード１８が、交換自在に配されている。ハンドラ１１には、半導体デバイスが配されてパフォーマンスボード１８と対向する対向面１１Ａが配されている。

【0016】

架台１５は、テストヘッド１３の底面１３Ｂ側と対向する基体２０と、テストヘッド１３の側面１３Ｃと対向するよう基体２０に立設された一対の壁部２１Ａ，２１Ｂと、を備える。基体２０とベースボード１６との間にはガイド部２２が配され、ガイド部２２を介して基体２０がベースボード１６に対して水平方向に移動可能に配されている。

【0017】

位置決め機構１７は、互いに係合する第一凸部２３と第一凹部２５とを有する第一位置決め部２６と、互いに係合する第二凸部２７と第二凹部２８とを有する第二位置決め部３０と、を備える。第一位置決め部２６は、一対の壁部２１Ａ，２１Ｂの端部側に２個ずつ配されている。また、第二位置決め部３０は、一対の壁部２１Ａ，２１Ｂ側に１個及び２個に分かれて配されている。

【0018】

第一凸部２３は、架台１５の一対の壁部２１Ａ，２１Ｂに配されて、ハンドラ１１とテストヘッド１３とが対向する方向に伸びる第一中心軸線Ｃ１を有する。第一凸部２３は、球部（第一調整部）３１と、球部３１の少なくとも一部が第二中心軸線Ｃ２方向に突出した状態で球部３１を支持する台部３２と、一対の壁部２１Ａ，２１Ｂに対して台部３２を上下方向に移動させる駆動部３３と、を備える。台部３２には、球部３１を回転自在に支持する支承部３５が配されている。駆動部３３は、例えばエアシリンダーを備える。

【0019】

第一凹部２５は、テストヘッド１３の側面１３Ｃから突出して配された第一腕部３６内で第一凸部２３に向かって開口して配され、第一中心軸線Ｃ１と平行に伸びる第二中心軸線Ｃ２を有する。第一凹部２５は、球部３１及び台部３２の少なくとも一部が挿入可能な大きさに形成されており、球部３１が当接する接触面部２５Ａが内面に配されている。この球部３１は、台部３２に対して回転自在に配されるため、第一凹部２５と台部３２との隙間Ｓの大きさに応じて第一凸部２３と第一凹部２５とが係合した状態で第一中心軸線Ｃ１に対する第二中心軸線Ｃ２の位置又は傾斜角度の少なくとも一方が変化可能となっている。

【0020】

第二凸部２７は、テストヘッド１３の側面から突出して配された第二腕部３７に、ハンドラ１１とテストヘッド１３とが対向する方向に伸びる第三中心軸線Ｃ３を有して立設されている。第二凹部２８は、第一凸部２３に向かって開口してハンドラ１１に配され、第三中心軸線Ｃ３と平行に伸びる第四中心軸線Ｃ４を有する。

【0021】

第二凸部２７は、第三中心軸線Ｃ３方向に伸びる円柱状に形成された基部３８と、基部３８よりも小径の円柱状に形成されて基部３８の先端側から第三中心軸線Ｃ３方向に突出して配された突出部４０と、を備える。

【0022】

第二凹部２８は、第二凸部２７と対向するハンドラ１１の所定位置にそれぞれ配され、軸受（第二調整部）４１Ａと、軸受４１Ａを第四中心軸線Ｃ４と直交する回転軸ＳＣ周りに回転自在に配する軸受支持部４１Ｂと、を備える。軸受支持部４１Ｂは、第四中心軸線Ｃ４周りに同一角度で離間して３個配されている。各軸受支持部４１Ｂには、１個の軸受４１Ａが配されている。この際、第四中心軸線Ｃ４を中心として各軸受４１Ａの第四中心軸線Ｃ４側の表面で形成される仮想円Ｃの直径が、基部３８の外径よりも小さく突出部４０の外径と略同一となっている。

【0023】

そのため、突出部４０が第二凹部２８内に挿入された際、第三中心軸線Ｃ３と第四中心軸線Ｃ４とがずれていたとしても、突出部４０が軸受４１Ａに当接した際の反力によって第三中心軸線Ｃ３と第四中心軸線Ｃ４とが一致するよう調整される。

【0024】

第二位置決め部３０の近傍には、第二凸部２７と第二凹部２８との係合状況を検知する位置センサ４２が配されている。

【0025】

次に、本実施形態に係る位置決め機構１７及び半導体試験装置１０について、パフォーマンスボード１８の交換作業を行う場合を例として説明する。

【0026】

パフォーマンスボード１８の交換作業を行う際、まずは、駆動部３３を稼働してテストヘッド１３を下方に移動し、テストヘッド１３とハンドラ１１とを離間する。そして、テストヘッド１３を架台１５とともにベースボード１６に対して水平方向に移動して作業空間を確保する。

【0027】

パフォーマンスボード１８を交換してテストヘッド１３をハンドラ１１の下方まで水平移動した後、駆動部３３を稼働してテストヘッド１３を上方に移動し、ハンドラ１１に接近して第二凸部２７の突出部４０を第二凹部２８内に挿入する。

【0028】

テストヘッド１３も交換する場合には、架台１５からテストヘッド１３を取り出し、別のテストヘッド１３を取り付ける。この際、第一凸部２３と第一凹部２５とが係合される。以降は、パフォーマンスボード１８のみを交換する場合と同様である。

【0029】

第二凸部２７の突出部４０を第二凹部２８内に挿入する際、第三中心軸線Ｃ３と第四中心軸線Ｃ４とが一致していない場合には、突出部４０が軸受４１Ａに当接する。このとき、軸受４１Ａからの反力によって第一凸部２３に対して第一凹部２５が水平方向に移動、すなわち、テストヘッド１３が架台１５に対して、第三中心軸線Ｃ３と第四中心軸線Ｃ４とが一致する方向に移動する。

【0030】

第二凸部２７と第二凹部２８とが係合していない箇所が位置センサ４２にて確認された場合、位置センサ４２にて係合が確認されるまで台部３２を上下方向に移動する。こうして、すべての位置決め機構にて水平方向及び上下方向に対する位置決めが終了する。位置決め後、半導体試験装置１０にてあらためて不図示の半導体デバイスの各種特性試験を実施する。

【0031】

この位置決め機構１７及び半導体試験装置１０によれば、ハンドラ１１に対するテストヘッド１３の位置決めを機械的かつ正確に行うことができる。

【0032】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図５及び図６を参照して説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る半導体試験装置５０の位置決め機構５１における第１位置決め部５２及び第２位置決め部３０が上下逆方向に配設されているとした点である。

【0033】

本実施形態に係る半導体試験装置５０は、テストヘッド１３と、テストヘッド１３の下方に配されたプローバ（位置決め対象物）５３と、を備える。テストヘッド１３は、略直方体状に形成されており、テストヘッド１３の底面１３Ｂにパフォーマンスボード１８が、交換自在に配されている。

【0034】

架台５５は、プローバ５３が載置される基体５５Ａと、テストヘッド１３の側面１３Ｃと対向するよう基体５５Ａに立設された一対の壁部５５Ｂ，５５Ｃと、を備える。

【0035】

第１位置決め部５２は、第一凸部５６と第一係止部５７とを備え、５５Ｂ，５５Ｃの端部側に２個ずつ配されている。第二位置決め部３０は、一対の壁部５５Ｂ，５５Ｃ側に１個及び２個に分かれて配されている。

【0036】

第一凸部５６は、架台５５の一対の壁部５５Ｂ，５５Ｃに配された収容部５８内に配されて、テストヘッド１３とプローバ５３とが対向する方向に伸びる第一中心軸線Ｃ１を有する。第一凸部５６は、球部３１と、球部３１の少なくとも一部が第一中心軸線Ｃ１方向に突出した状態で球部３１を支持する台部３２と、一対の壁部５５Ｂ，５５Ｃに対して台部３２を第一中心軸線Ｃ１方向に移動可能にさせる弾性部６０と、を備える。弾性部６０は例えばバネとされる。収容部５８は、球部３１、台部３２の少なくとも一部及び弾性部６０が挿入可能な大きさに形成されている。

【0037】

第一係止部５７は、第二中心軸線Ｃ２を有してテストヘッド１３の側面１３Ｃから水平方向に突出するとともに球部３１が当接可能に配された第一腕部３６と、第一腕部３６と一対の壁部５５Ｂ，５５Ｃとの相対移動を抑制する第一固定部６１と、を備えている。

【0038】

第二凸部２７は、テストヘッド１３の側面から突出して配された第二腕部３７に、テストヘッド１３とプローバ５３とが対向する方向に伸びる第三中心軸線Ｃ３を有して下方に向かって立設されている。

【0039】

第二凹部２８は、第二凸部２７と対向するプローバ５３の所定位置にそれぞれ配され、軸受（第二調整部）４１Ａと、軸受４１Ａを第四中心軸線Ｃ４と直交する回転軸ＳＣ周りに回転自在に配する軸受支持部４１Ｂと、を備える。ただし、プローバ５３から第二凹部２８の先端までの高さＬは、設置場所によって順番に異なる高さとされている。

【0040】

次に、本実施形態に係る位置決め機構５１及び半導体試験装置５０について、パフォーマンスボード１８の交換作業を行う場合を例として説明する。

【0041】

パフォーマンスボード１８の交換作業を行う際、まずは、第一固定部６１を操作して第一腕部３６と一対の壁部５５Ｂ，５５Ｃとの相対移動を可能とした後、テストヘッド１３を上方に移動し、テストヘッド１３とプローバ５３とを離間する。そして、テストヘッド１３を架台５５に対して水平方向に移動して作業空間を確保する。

【0042】

パフォーマンスボード１８を交換してテストヘッド１３をプローバ５３の上方まで水平移動した後、テストヘッド１３を下方に移動し、プローバ５３に接近して第二凸部２７の突出部４０を第二凹部２８内に挿入する。

【0043】

テストヘッド１３も交換する場合には、架台５５からテストヘッド１３を取り出し、別のテストヘッド１３を取り付ける。この際、第一凸部２３が第一腕部３６と当接される。以降は、パフォーマンスボード１８のみを交換する場合と同様である。

【0044】

第二凸部２７の突出部４０を第二凹部２８内に挿入する際、第二凹部２８のうち、プローバ５３からの高さＬが最も高い位置の第二凹部２８から順に挿入していく。この際、第三中心軸線Ｃ３と第四中心軸線Ｃ４とが一致していない場合には、突出部４０が軸受４１Ａに当接する。このとき、軸受４１Ａからの反力によって第一凸部２３に対して第一腕部３６が水平方向に移動、すなわち、テストヘッド１３が架台５５に対して、第三中心軸線Ｃ３と第四中心軸線Ｃ４とが一致する方向に移動する。

【0045】

第二凸部２７と第二凹部２８とが係合していない箇所が位置センサ４２にて確認された場合、位置センサ４２にて係合が確認されるまで台部３２を上下方向に移動する。こうして、水平方向及び上下方向に対する位置決めの終了後、第一固定部６１をセットする。こうして、半導体試験装置５０にてあらためて不図示の半導体デバイスの各種特性試験を実施する。

【0046】

この位置決め機構５１及び半導体試験装置５０によれば、位置決め機構１７及び半導体試験装置１０と同様にプローバ５３に対するテストヘッド１３の位置決めを機械的かつ正確に行うことができる。

【0047】

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第一凹部２５がテストヘッド１３に配され、第一凸部２３が架台１５に配されるとしているが、これに限らず、第一凸部２３がテストヘッド１３に配され、第一凹部２５が架台１５に配されるとしてもよい。

【0048】

また、第二凸部２７がテストヘッド１３に配され、第二凹部２８がハンドラ１１に配されるとしているが、これに限らず、第二凹部２８がテストヘッドに配され、第二凸部２７がハンドラに配されるとしてもよい。さらに、ハンドラ１１とテストヘッド１３とが一対の位置決め対象物を構成するとともに、ハンドラ１１に対してテストヘッド１３を移動して位置決めしているとしているが、テストヘッドに対してハンドラを移動して位置決めしても構わず、双方を互いに移動しても構わない。また、一対の位置決め対象物はハンドラ、プローバ及びテストヘッドに限らない。

【0049】

また、半導体試験装置１０，５１が位置決め機構１７，５０を備えるとしているが、位置決め機構１７，５０は半導体試験装置１０，５１に限らず、位置決めが必要な他の装置等に配されているとしても構わない。

【符号の説明】

【0050】

１０，５０ 半導体試験装置（試験装置）
１１ ハンドラ（位置決め対象物）
１３ テストヘッド（位置決め対象物）
１５，５５ 架台（支持部）
１７，５１ 位置決め機構
２３，５６ 第一凸部
２５ 第一凹部
２６，５２ 第一位置決め部
２７ 第二凸部
２８ 第二凹部
３０ 第二位置決め部
３１ 球部（第一調整部）
４１Ａ 軸受（第二調整部）
５３ プローバ（位置決め対象物）
５７ 第一係止部
Ｃ１ 第一中心軸線
Ｃ２ 第二中心軸線
Ｃ３ 第三中心軸線
Ｃ４ 第四中心軸線

【要約】

【課題】相対する位置決め対象物の位置調整を精度よく行える位置決め機構及び試験装置を提供すること。
【解決手段】位置決め機構１０は、テストヘッド１３に配された第一凹部２５と、架台１５に配された第一凸部２３と、を有して第一凸部２３と第一凹部２５とが係合される第一位置決め部２６と、テストヘッド１３に配された第二凸部２７と、ハンドラ１１に配された第二凹部２８と、を有して第二凸部２７と第二凹部２８とが係合される第二位置決め部３０と、を備え、第一位置決め部２６が、第一凸部２３と第一凹部２５とが係合された状態で第一中心軸線Ｃ１に対する第二中心軸線Ｃ２の位置又は傾斜角度の少なくとも一方を変化させる球部３１を備え、第二位置決め部３０が、第二凸部２７と第二凹部２８との係合時に第三中心軸線Ｃ３と第四中心軸線Ｃ４とを一致させる軸受４１Ａを備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】